一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器
阅读：70发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种基于掺镁 氧 化镓单晶的 X射线 和伽玛射线探测器，包括：掺镁氧化镓双面 抛光 晶片(2)，设置在掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)一侧表面的Au 电极 (1)，设置在掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)另一侧表面的Au复合电极，Au电极(1)与Au复合电极经外接 电路 (5)连通。与 现有技术 相比，本发明具有低的本征载流子浓度和高的 电阻 值，获得了高的灵敏度。，下面是一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器专利的具体信息内容。
1.一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，该探测器包括：
掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)，
设置在所述掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)一侧表面的Au电极(1)，
设置在所述掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)另一侧表面的Au复合电极，
所述Au电极(1)与所述Au复合电极经外接电路(5)连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)中镁的掺杂浓度为100-500mol ppm。
3.根据权利要求1所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)的电阻率大于1.0×1010Ω·cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)的厚度D为：D＝1/μ，μ是吸收系数。
5.根据权利要求1所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)采用以下方法制备得到：将按照所需掺杂比例的纯度大于99.99％的氧化镓和氧化镁原料经过球磨均匀混合后，采用熔体法生长，最后经退火处理后经过切割、定向、双面抛光得到掺镁氧化镓双面抛光晶片(2)。
6.根据权利要求5所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述熔体法包括提拉法、下降法、浮区法或导模法。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述熔体法采用Ar和CO2的混合气氛或N2和CO2的混合气氛。
8.根据权利要求5所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述退火处理是在1500-1600℃的氧气氛或空气气氛退火48-72小时。
9.根据权利要求1所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述Au复合电极选自Ti/Au电极、Al/Au电极或Ag/Au电极中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，其特征在于，所述Au电极(1)还能够采用Ni/Au电极、Pt/Au电极或Pd/Au电极进行替换。
一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器
技术领域
背景技术
[0002] X射线和伽玛射线探测在核医学成像、安检、暗物质探测等领域具有重要应用。半导体探测器属于直接探测方法，基本过程是高能辐射在半导体材料内部产生电子-空穴对，在电场的作用下电子-空穴分别向两个电极输运，在电路中形成电流或电压信号。与其它核辐射探测方法相比，半导体探测具有电荷收集效率高、灵敏度高、探测效率高等显著优点。
[0003] 传统半导体探测器如高纯Ge探测器，Si漂移探测器等窄带隙半导体探测器必须在低温下工作以降低暗电流，在实际应用上带来了限制。CdZnTe探测器的带隙比Ge、Si宽，可以在室温下使用，但高质量、高一致性的晶体材料生长较为困难，导致成本很高，不利于广泛应用。其他宽带隙半导体探测器，如ZnO探测器、金刚石探测器、SiC探测器和GaN探测器等都因为材料制备的困难而离实际应用较远。
[0004] 近几年出现的氧化镓宽禁带半导体为X射线和伽玛射线探测器带来了新的希望。氧化镓的带隙为4.9eV，击穿场强可以高达8MV/cm，因此理论上该材料可以采用很高的偏压实现射线致载流子的高效收集，以提高探测效率。氧化镓单晶可以采用熔体法生长，例如提拉法、浮区法、导模法等。这些生长方法有利于获得高质量、大体积、低成本的单晶。基于氧化镓单晶的X射线探测器已有报道(如“Schottky x-ray detectors based on a bulk beta-Ga2O3 substrate”,Applied Physics Letters 112,103502,2018)。但目前生长出的氧化镓单晶由于其原料中含有的微量杂质和制备过程中产生的本征缺陷，导致所获得的非掺杂单晶都具有n型导电性，最高自由电子浓度可达1x1018 cm-3数量级，电阻率可达0.1Ωcm数量级。这样大的载流子浓度会产生高的暗电流，导致低的探测灵敏度，甚至在探测较弱信号时完全失效。对于X射线和伽玛射线探测，为了对射线有效吸收，氧化镓半导体层的厚度通常是200-5000微米，对于如此厚度的半导体材料，如果要有效收集射线产生的电荷，就必须施加足够的电压以形成足够的电场强度，然而高电压同时导致本征载流子信号的增强。因此降低氧化镓本征载流子浓度，提高电阻值，是提高其探测灵敏度的关键。
发明内容
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，解决了现有技术中X射线和伽玛射线探测灵敏度不高的技术问题。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，包括：
[0008] 掺镁氧化镓双面抛光晶片，
[0009] 设置在所述掺镁氧化镓双面抛光晶片一侧表面的Au电极，
[0010] 设置在所述掺镁氧化镓双面抛光晶片另一侧表面的Au复合电极，
[0011] 所述Au电极与所述Au复合电极经外接电路连通。
[0012] 采用Mg来进行掺杂是本发明关键的技术方案之一，Mg是+2价离子，在晶体中取代Ga占据的是+3价的格位，因此是受主中心。通过理论计算表明，这种受主形成的是深受主能级，其能级位置距离价带顶约1.15eV。这属于深受主能级，深受主能级在室温下不会主动释放空穴，但当材料中有自由电子时，可以俘获这些电子，产生电离，起到补偿受主的作用。当补偿受主浓度稍微超过自由电子浓度时，也不会产生空穴的净释放。
[0013] 所述掺镁氧化镓双面抛光晶片中镁的掺杂浓度为100-500mol ppm，非故意掺杂氧化镓晶体中的浅施主能级释放的电子主要来源于原料中的四价元素杂质离子形成，例如Si4+，Ge4+等，以及提拉法和导模法晶体生长中Ir坩埚带入的Ir4+杂质离子。制备环境中的氢也可能形成浅施主能级产生自由电子。为了起到补偿作用通常需要超过自由电子的浓度。18 -3
氧化镓原料纯度至少99.99％。自由载流子浓度如果按照1x10 cm 数量级计算，对应补偿受主浓度约为100mol ppm，考虑到适当过量需求和晶体生长过程中分凝系数的影响，最高掺杂浓度设定为500mol ppm为宜。更高的掺杂浓度可能形成填隙位置的Mg2+离子，成为浅施主能级，反而增加了晶体中自由电子的浓度。热力学平衡条件下，Mg2+离子占据Ga3+格位的浓度可以表示为：C＝Nexp(-Ef/kBT)，其中，N是单位体积中可能占据的格位数，Ef是占据的形成能，kB是玻尔兹曼常数，T是制备条件时的温度。Ga在氧化镓晶体中有两个不同的格位，根据我们的理论计算，其被Mg2+占据的形成能分别为1.2和1.3eV。晶体生长温度约为1800℃，因此可能被Mg2+离子占据Ga3+格位的比例分别为0.06％和0.04％，平均约为0.05％(500mol ppm)。这表明当增加Mg原料的配比时，也无法使其占据更多的Ga3+格位，而更易形成Mg离子团聚或填隙的Mg离子。为了验证浓度对应的电阻率关系，我们采用浮区法制备了系列镁掺杂浓度实验，浓度值采用GDMS测量，电阻率通过四探针法测试，结果表明掺杂镁浓度在100-500mol ppm区间时，电阻率大于1.0×1010Ω·cm。
氧化镓原料纯度至少99.99％。自由载流子浓度如果按照1x10 cm 数量级计算，对应补偿受主浓度约为100mol ppm，考虑到适当过量需求和晶体生长过程中分凝系数的影响，最高掺杂浓度设定为500mol ppm为宜。更高的掺杂浓度可能形成填隙位置的Mg2+离子，成为浅施主能级，反而增加了晶体中自由电子的浓度。热力学平衡条件下，Mg2+离子占据Ga3+格位的浓度可以表示为：C＝Nexp(-Ef/kBT)，其中，N是单位体积中可能占据的格位数，Ef是占据的形成能，kB是玻尔兹曼常数，T是制备条件时的温度。Ga在氧化镓晶体中有两个不同的格位，根据我们的理论计算，其被Mg2+占据的形成能分别为1.2和1.3eV。晶体生长温度约为1800℃，因此可能被Mg2+离子占据Ga3+格位的比例分别为0.06％和0.04％，平均约为0.05％(500mol ppm)。这表明当增加Mg原料的配比时，也无法使其占据更多的Ga3+格位，而更易形成Mg离子团聚或填隙的Mg离子。为了验证浓度对应的电阻率关系，我们采用浮区法制备了系列镁掺杂浓度实验，浓度值采用GDMS测量，电阻率通过四探针法测试，结果表明掺杂镁浓度在100-500mol ppm区间时，电阻率大于1.0×1010Ω·cm。
[0014] 所述掺镁氧化镓双面抛光晶片的厚度D为：D＝1/μ，μ是吸收系数。这个厚度的具体值可以根据图2曲线确定，针对不同射线能量需要取不同的值，因为不同能量下吸收系数μ是不同的，在典型的X射线和伽玛射线能量范围下，如30keV-1000keV范围，相应的厚度范围是0.18mm-2.9mm，能量越高则要求厚度越大。对于X射线和伽玛射线这类高能光子的探测，由于其穿透能力强，样品必须有足够的厚度以吸收这些高能光子，能量越高材料的吸收系数越低，则需要更厚的样品。射线穿过厚度为d的样品后的透射比例可以表示为I/I0＝exp(-μd)，其中I0是入射射线强度，I是射线穿过厚度为d的样品后的透射比例，μ是吸收系数，是光子能量的函数，则被样品吸收的射线比例为1-exp(-μd)。我们定义一个吸收长度D，在此厚度下样品吸收射线能量的比例为1-exp(-1)＝63.2％。即该厚度D时，可以吸收高能光子能量的63.2％。我将采用该厚度的样品制作探测器件，实现射线的探测。需要说明的是，采用更厚的样品可以吸收更多的射线能量，增加辐射致载流子的数量，但更厚的样品会面临载流子收集效率的降低，因为载流子需要穿越更长的路程，导致复合、吸收、散射和俘获的概率显著增长，最终并不会提高探测器的探测效率。由于不同能量的吸收系数不同，我们计算了不同X射线和伽玛射线光子能量所对应的吸收长度。
[0015] 所述掺镁氧化镓双面抛光晶片采用以下方法制备得到：将按照所需掺杂比例的纯度大于99.99％的氧化镓和氧化镁原料经过球磨均匀混合后，采用熔体法，包括提拉法、下降法、浮区法或导模法生长，最后经退火处理后经过切割、定向、双面抛光得到掺镁氧化镓双面抛光晶片。
[0016] 所述熔体法采用Ar和CO2的混合气氛或N2和CO2的混合气氛。其中Ar的比例不超过50％；N2和CO2的混合气体气氛，其中CO2的比例不超过50％。该气氛是为了获得足够的氧分压，避免氧化镓的高温分解和挥发。但不能直接采用氧气，因为在600～1200℃的温区氧气会和Ir金属坩埚反应生成氧化铱，而CO2只能在高温下分解出氧气，避开易于氧化坩埚的温度区域。
[0017] 所述退火处理是在1500-1600℃的氧气氛或空气气氛退火48-72小时。
[0018] 所述Au复合电极选自Ti/Au电极、Al/Au电极或Ag/Au电极中的一种。采用的金属Ti、Al、Ag等是低功函数金属，与氧化镓晶体直接接触，起到欧姆接触效果，金属Au起到避免氧化的保护作用和方便引线的作用。
[0020] 与现有技术相比，本发明所公开的技术方案具有以下优点：
[0021] 1、采用掺杂Mg离子的方法降低了氧化镓本征载流子浓度，获得了高的电阻值，可以显著提高X射线和伽玛射线探测的灵敏度。
[0023] 图1是不同镁掺杂浓度所对应的氧化镓电阻率。
[0024] 图2是不同高能光子能量对应的氧化镓所需吸收长度，该吸收长度为实施例中的所取掺镁氧化镓晶片的厚度。
[0025] 图3实施例1中探测器的结构示意图。
[0026] 图4实施例1中掩模版的结构示意图。
[0027] 图5实施例1中探测器在不同反偏电压下的时间响应。
[0028] 图6实施例1中不同反偏电压下探测器的光电流和灵敏度。
[0029] 图中，1-Au电极，2-掺镁氧化镓双面抛光晶片，3-Ti/Au电极的钛层，4-Ti/Au电极的金层，5-外接电路，6-中间圆形。
具体实施方式
[0030] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0031] 一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器，包括掺镁氧化镓双面抛光晶片，设置在掺镁氧化镓双面抛光晶片一侧表面的Au电极，设置在掺镁氧化镓双面抛光晶片另一侧表面的Au复合电极，Au电极与Au复合电极经外接电路连通。其中，使用的Au电极还能够采用Ni/Au电极、Pt/Au电极或Pd/Au电极进行替换，属于高功函数金属，起到异质结的效应，产生内建电场以利于载流子的收集。Au复合电极选自Ti/Au电极、Al/Au电极或Ag/Au电极中的一种。采用的金属Ti、Al、Ag等是低功函数金属，与氧化镓晶体直接接触，起到欧姆接触效果，金属Au起到避免氧化的保护作用和方便引线的作用。
[0032] 采用Mg来进行掺杂是本发明关键的技术方案之一，Mg是+2价离子，在晶体中取代Ga占据的是+3价的格位，因此是受主中心。通过理论计算表明，这种受主形成的是深受主能级，其能级位置距离价带顶约1.15eV。这属于深受主能级，深受主能级在室温下不会主动释放空穴，但当材料中有自由电子时，可以俘获这些电子，产生电离，起到补偿受主的作用。当补偿受主浓度稍微超过自由电子浓度时，也不会产生空穴的净释放。
[0033] 掺镁氧化镓双面抛光晶片中镁的掺杂浓度为100-500mol ppm。非故意掺杂氧化镓晶体中的浅施主能级释放的电子主要来源于原料中的四价元素杂质离子形成，例如Si4+，Ge4+等，以及提拉法和导模法晶体生长中Ir坩埚带入的Ir4+杂质离子。制备环境中的氢也可能形成浅施主能级产生自由电子。为了起到补偿作用通常需要超过自由电子的浓度。氧化镓原料纯度至少99.99％。自由载流子浓度如果按照1x1018cm-3数量级计算，对应补偿受主浓度约为100mol ppm，考虑到适当过量需求和晶体生长过程中分凝系数的影响，最高掺杂浓度设定为500mol ppm为宜。更高的掺杂浓度可能形成填隙位置的Mg2+离子，成为浅施主能2+ 3+
级，反而增加了晶体中自由电子的浓度。热力学平衡条件下，Mg 离子占据Ga 格位的浓度可以表示为：C＝Nexp(-Ef/kBT)，其中，N是单位体积中可能占据的格位数，Ef是占据的形成能，kB是玻尔兹曼常数，T是制备条件时的温度。Ga在氧化镓晶体中有两个不同的格位，根据我们的理论计算，其被Mg2+占据的形成能分别为1.2和1.3eV。晶体生长温度约为1800℃，因此可能被Mg2+离子占据Ga3+格位的比例分别为0.06％和0.04％，平均约为0.05％(500mol ppm)。这表明当增加Mg原料的配比时，也无法使其占据更多的Ga3+格位，而更易形成Mg离子团聚或填隙的Mg离子。为了验证浓度对应的电阻率关系，我们采用浮区法制备了系列镁掺杂浓度实验，浓度值采用GDMS测量，电阻率通过四探针法测试，结果表明掺杂镁浓度在100-
500mol ppm区间时，电阻率大于1.0×1010Ω·cm，如图1所示。
级，反而增加了晶体中自由电子的浓度。热力学平衡条件下，Mg 离子占据Ga 格位的浓度可以表示为：C＝Nexp(-Ef/kBT)，其中，N是单位体积中可能占据的格位数，Ef是占据的形成能，kB是玻尔兹曼常数，T是制备条件时的温度。Ga在氧化镓晶体中有两个不同的格位，根据我们的理论计算，其被Mg2+占据的形成能分别为1.2和1.3eV。晶体生长温度约为1800℃，因此可能被Mg2+离子占据Ga3+格位的比例分别为0.06％和0.04％，平均约为0.05％(500mol ppm)。这表明当增加Mg原料的配比时，也无法使其占据更多的Ga3+格位，而更易形成Mg离子团聚或填隙的Mg离子。为了验证浓度对应的电阻率关系，我们采用浮区法制备了系列镁掺杂浓度实验，浓度值采用GDMS测量，电阻率通过四探针法测试，结果表明掺杂镁浓度在100-
500mol ppm区间时，电阻率大于1.0×1010Ω·cm，如图1所示。
[0034] 掺镁氧化镓双面抛光晶片的厚度D为：D＝1/μ，μ是吸收系数。这个厚度的具体值可以根据图2曲线确定，针对不同射线能量需要取不同的值，因为不同能量下吸收系数μ是不同的，在典型的X射线和伽玛射线能量范围下，如30keV-1000keV范围，相应的厚度范围是0.18mm-2.9mm，能量越高则要求厚度越大。对于X射线和伽玛射线这类高能光子的探测，由于其穿透能力强，样品必须有足够的厚度以吸收这些高能光子，能量越高材料的吸收系数越低，则需要更厚的样品。射线穿过厚度为d的样品后的透射比例可以表示为I/I0＝exp(-μd)，其中I0是入射射线强度，I是射线穿过厚度为d的样品后的透射比例，μ是吸收系数，是光子能量的函数，则被样品吸收的射线比例为1-exp(-μd)。我们定义一个厚度D，在此厚度下样品吸收射线能量的比例为1-exp(-1)＝63.2％。即该厚度D时，可以吸收高能光子能量的
63.2％。我将采用该厚度的样品制作探测器件，实现射线的探测。需要说明的是，采用更厚的样品可以吸收更多的射线能量，增加辐射致载流子的数量，但更厚的样品会面临载流子收集效率的降低，因为载流子需要穿越更长的路程，导致复合、吸收、散射和俘获的概率显著增长，最终并不会提高探测器的探测效率。由于不同能量的吸收系数不同，我们计算了不同X射线和伽玛射线光子能量所对应的吸收长度，如图2所示。后面实施例中样品的厚度选取即采用该图所提供的数据。
63.2％。我将采用该厚度的样品制作探测器件，实现射线的探测。需要说明的是，采用更厚的样品可以吸收更多的射线能量，增加辐射致载流子的数量，但更厚的样品会面临载流子收集效率的降低，因为载流子需要穿越更长的路程，导致复合、吸收、散射和俘获的概率显著增长，最终并不会提高探测器的探测效率。由于不同能量的吸收系数不同，我们计算了不同X射线和伽玛射线光子能量所对应的吸收长度，如图2所示。后面实施例中样品的厚度选取即采用该图所提供的数据。
[0035] 掺镁氧化镓双面抛光晶片采用以下方法制备得到：将纯度大于99.99％的氧化镓原料和金属镁经过球磨后，在空气中烧结形成多晶料，然后采用熔体法，包括提拉法、下降法、浮区法或导模法处理多晶料，最后经在1500-1600℃的氧气氛或空气气氛退火48-72小时，经过切割、定向、双面抛光得到掺镁氧化镓双面抛光晶片。
[0036] 熔体法生长晶料时采用Ar和CO2的混合气氛或N2和CO2的混合气氛。其中Ar的比例不超过50％；N2和CO2的混合气体气氛，其中CO2的比例不超过50％。该气氛是为了获得足够的氧分压，避免氧化镓的高温分解和挥发。但不能直接采用氧气，因为在600～1200℃的温区氧气会和Ir金属坩埚反应生成氧化铱，而CO2只能在高温下分解出氧气，避开易于氧化坩埚的温度区域。
[0037] 以下是更加详细的实施案例，通过以下实施案例进一步说明本发明的技术方案以及所能够获得的技术效果。
[0038] 实施例1
[0039] 掺镁氧化镓晶体的制备。主要参数包括：掺杂浓度500mol ppm；生长方法采用导模法；生长气氛为Ar和CO2的混合气体气氛各占50％，气压1.05MPa；制备好的样品在1500℃空气气氛恒温72小时退火处理。具体过程包括将纯度为99.995％的原料经过球磨均匀混合后经等静压压制成型，在1450℃温度下，空气环境中烧结12小时，形成多晶料。将多晶料放入Ir坩埚中，采用导模法生长，生长方向为[010]取向，生长速度为5mm/h，生长过程经历下种，缩颈，放肩，等径和冷却过程，获得无开裂、无气泡、外观完整、光学性质均匀的单晶体，随后进行退火处理，最后将退火后的掺镁氧化镓单晶进行切割、定向、双面机械化学抛光供器件制作使用。测试表明所制备样品的电阻率为1.15×1010Ωcm，属于典型的高阻半导体，满足器件要求。
[0040] 该例将探测平均能量为60keV光子能量的X射线。因此根据图2所示，掺镁氧化镓抛光晶片的厚度为1mm。表面为5x5mm2的正方形。图3是探测器的结构示意图。掺镁氧化镓双面抛光晶片2的上表面设置有Au电极1，下表面设置有Ti/Au电极，其中Ti/Au电极的钛层3与掺镁氧化镓双面抛光晶片2接触，Ti/Au电极的金层4设置在Ti/Au电极的钛层3的外表面。Au电极1的顶部和Ti/Au电极的底部通过导线与外接电路5连接，Ti/Au电极要接地。Au电极1横截面呈圆形，Au电极1是由沉积在掺镁氧化镓双面抛光晶片2上表面的一金层构成。从上至下，Ti/Au电极是由依次沉积在掺镁氧化镓双面抛光晶片2下表面的钛层和金层构成。具体的制备方法按下述步骤进行：将清洗好的掺镁氧化镓单晶的一侧依次沉积20nm的Ti薄膜和50nm的Au薄膜，紧接着在氮气气氛、温度850℃的条件下，快速退火30s，形成Ti/Au电极。然后在掺镁氧化镓晶片的另一侧用掩模板覆盖，沉积50nm的Au薄膜，形成Au电极，电极的形状为圆形，直径为500μm。将Ti/Au电极和Au电极与外接电路通过导线连接，即获得了X射线探测器。掩模板如图4所示，中间圆形6的直径为500μm。
[0041] 测试用的X射线源采用Ag靶，工作电压70kV，功率10W，输出X射线平均能量60keV。距离出光口30cm处，采用商业标准CdTe探测器校准后，获得X射线剂量为278μGy s-1。图5展示了所制备的X射线探测器在不同反偏电压下的时间响应，探测器展现了非常快的响应速度并且能够保持的信号输出。图6展示了不同反偏电压下，探测器的光电流和灵敏度。结果表明在1000伏的偏压下探测器的灵敏度高达308微库仑每戈瑞平方厘米，是商用α-Se探测器灵敏度的10倍。
[0042] 实施例2
[0043] 掺镁氧化镓晶体的制备。主要参数包括：掺杂浓度100mol ppm；生长方法采用浮区法；生长气氛为Ar(30％)和CO2(70％)的混合气体，气压1.01MPa；制备好的样品在1600℃空气气氛恒温48小时退火处理。具体过程包括将纯度为99.995％的原料经过球磨均匀混合后经等静压压制成型，在1450℃温度下，空气环境中烧结24小时，形成多晶料棒。生长方向为[010]取向，生长速度为4mm/h。获得无开裂、无气泡、光学性质均匀的单晶体，随后进行退火处理，最后将退火后的掺镁氧化镓单晶进行切割、定向、双面机械化学抛光供器件制作使10
用。测试表明所制备样品的电阻率为1.3×10 Ωcm，其电阻率满足器件要求。
用。测试表明所制备样品的电阻率为1.3×10 Ωcm，其电阻率满足器件要求。
[0044] 该例将探测平均能量为662keV光子能量的伽玛射线。因此根据图2所示，掺镁氧化镓晶片的厚度为23mm。表面为4x4mm2的正方形。掺镁氧化镓晶片的上表面设置有Ag/Au电极，下表面设置有Ni/Au电极，电极的底部通过导线与外接电路连接。具体的制备方法按下述步骤进行：将清洗好的掺镁氧化镓晶片的一侧依次沉积10nm的Ag薄膜和50nm的Au薄膜，紧接着在氮气气氛、温度850℃的条件下，快速退火50s，形成Ag/Au电极。然后在掺镁氧化镓晶片的另一侧用掩模板覆盖，沉积20nm的Ni薄膜和50nm的Au薄膜，形成Ni/Au电极，电极的形状为圆形，直径为500μm。将上下两个电极与外接电路通过导线连接，即获得了伽玛射线探测器。
[0045] 测试用的伽玛射线源是137Cs产生的662keV的伽玛光子。与商业CdZnTe伽玛探测器同等条件测试，其灵敏度是商业CdZnTe伽玛探测器的1.5倍。
[0046] 实施例3
[0047] 掺镁氧化镓晶体的制备。主要参数包括：掺杂浓度200mol ppm；生长方法采用提拉法；生长气氛为CO2气体，气压1.1MPa；制备好的样品在1600℃空气气氛中恒温48小时退火处理。具体过程包括将纯度为99.995％的原料经过球磨均匀混合后经等静压压制成型，在1450℃温度下，空气环境中烧结12小时形成多晶料。将多晶料放入Ir坩埚中，采用提拉法生长，生长方向为[010]取向，生长速度为2mm/h，旋转速度8rpm，生长过程经历下种，缩颈，放肩，等径和冷却过程，获得无开裂、无气泡、外观完整、光学性质均匀的单晶体，随后进行退火处理，最后将退火后的掺镁氧化镓单晶进行切割、定向、双面机械化学抛光供器件制作使用。测试表明所制备样品的电阻率为1.21×1010Ωcm，属于典型的高阻半导体，满足器件要求。半导体器件制作和性能测试同实施例1，结果表明在1000伏的偏压下探测器的灵敏度高达285微库仑每戈瑞平方厘米。
[0048] 实施例4
[0049] 掺镁氧化镓晶片晶体的制备。主要参数包括：掺杂浓度200mol ppm；生长方法采用下降法；生长气氛为Ar(20％)和CO2(80％)的混合气体，气压1.05MPa；制备好的样品在1600℃空气气氛中恒温48小时退火处理。具体过程包括将纯度为99.995％的原料经过球磨均匀混合后经等静压压制成型，在1450℃温度下，空气环境中烧结12小时形成多晶料。将多晶料放入Ir坩埚中，采用下降法生长，生长方向为[010]取向，生长速度1mm/h，获得无开裂、无气泡、外观完整、光学性质均匀的单晶体，随后进行退火处理，最后将退火后的掺镁氧化镓单晶进行切割、定向、双面机械化学抛光供器件制作使用。测试表明所制备样品的电阻率为1.18×1010Ωcm，属于典型的高阻半导体，满足器件要求。在1000伏的偏压下探测器的灵敏度高达301微库仑每戈瑞平方厘米。
[0050] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0051] 上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种用于影像传感器晶圆检测的测试工装 | 2020-05-08 | 933 |
| GOA电路、显示面板及薄膜晶体管的阈值电压补偿方法 | 2020-05-08 | 811 |
| 一种基于空间光调制器的原子自旋多通道检测方法及装置 | 2020-05-11 | 1 |
| 一种基于掺镁氧化镓单晶的X射线和伽玛射线探测器 | 2020-05-11 | 70 |
| 高稀土含量的硅铝酸盐晶体及其制备方法和应用 | 2020-05-08 | 852 |
| 一种低合金化铝合金及其多级热处理强化工艺 | 2020-05-08 | 648 |
| 发光元件 | 2020-05-08 | 13 |
| 一种挡泥板及其制备方法 | 2020-05-08 | 923 |
| 低功率启动并有电压监视功能的数控能量收集管理电路 | 2020-05-08 | 31 |
| 一种带有液晶屏的嵌入式平板电脑 | 2020-05-08 | 178 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈